如何使用Qemu+gdb来调试内核

昨天听别人讲使用Qemu和gdb来实现源码级内核调试，今天试了一下，果然非常方便，现简单的记录一下。



Qemu是一个开源的虚拟机软件，能够提供全系统的仿真，可以运行在多个平台上，并仿真多个别的平台。Qemu虚拟机是采用动态翻译来实现CPU的仿真的，对硬件的依赖程度低，通过它提供的众多参数，你能够对虚拟的机器进行定制以满足你的需求。



要想对内核进行调试，那自然需要重新编译内核了，编译内核的具体方法这里就不罗嗦了，需要注意的是在配置内核时，要将“kernel hacking"中的“compile the kernel with debug info"选上，否则没有调试信息，gdb也难为无米之炊。



编译好内核之后，我们还需要制作一个rootfs作为Qemu虚拟机的硬盘，这个步骤可以通过Qemu来完成，大致的步骤如下：

1. 创建一个虚拟的硬盘

# qemu-img create foobar.img 8G # 创建一个8G的虚拟硬盘

2. 在虚拟的硬盘上安装一个Linux系统

# qemu -hda foobar.img -cdrom xxx.iso -boot d -m 512 -enable-audio -localtime

# xxx.iso为某linux的发行版本的iso，该命令就是要从iso启动，并将系统安装到foobar.img中

当然，其实也可以将init ram disk作为Qemu的rootfs，但这时需要对initrd进行修改，如果你对initrd不熟悉的话，最好还是花点时间，做个rootfs，这个可以省去一些麻烦。



Qemu虚拟机只是提供了一个虚拟的机器，使得程序运行在虚拟机中如同运行真实的物理机器上一样，除此以外，Qemu还必须能够对虚拟机进行完全的控制，但Qemu和gdb又是怎么扯上关系的呢？这是因为Qemu中内置了gdbserver，这使得Qemu能够和远程的gdb进行通讯，通过远程的gdb来控制Qemu虚拟机的执行，从而达到调试的目的。具体的操作如下：

1. 切换到刚刚编译的内核的路径，然后启动Qemu

# qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage -initrd /boot/initrd.img-2.6.31-22-generic -gdb tcp::1234 -S

# -kernel 用来指定内核，注arch/x86/bzImage是不带调试信息的内核，vmlinux是带有调试信息的内核

# -initrd 用来指定内核启动时使用的ram disk，

# -gdb tcp::1234表示启动gdbserver，并在tcp的1234端口监听，-S表示在开始的时候冻结CPU直到远程的gdb输入相应的控制命令

2. 启动gdb，并和Qemu进行联系，然后你就可以像调试应用程序那些调试内核了

# gdb

(gdb) file vmlinux

(gdb) target remote :1234

(gdb) b start_kernel

(gdb) c

呵呵，是不是很简单，下面再简单的介绍一下gdb常用的一些调试命令：
help：即时帮助，当你不太记得或不太熟悉某些命令时，一个help就可以搞定
edit：在gdb中使用$EDITOR对某个文件进行编辑，在开始之前可以将$EDITOR设置为自己喜欢的编辑器
list：列出被调试程序当前上下文的源程序
make：相当于在shell中运行make，对工程进行编译，编译完成后使用run即可重新开始调试
run：简写为r，开始运行被调试的程序
break：简写为b，设置一个断点，该断点可以为某个文件的某行，也可是某个函数名，还可以是某个地址，
此外通过if参数还可以设置条件断点


backtrace：输出调用堆栈
info：查看当前gdb的各种信息，如断点信息，调用堆栈等


step：简写为s，单步执行，每次执行一行源程序，会跟踪进入函数


next：简写为n，单步执行，每次执行一行源程序，不跟踪进入函数

stepi：简写为si，单步执行，每次执行一个指令，会跟踪进入函数


nexti：简写为ni，单步执行，每次执行一个指令，不跟踪进入函数




finish：执行直到从当前函数返回
until：简写为u，执行直到所在的循环结束
continue：简写为c，继续执行直到下一个断点或程序结束或gdb收到信号
print：简写p，用来输出某个变量的值，只输出一次，输出结构时可以设置“set print pretty on“，这样观察更方便
display：观察某个变量，每次执行时都显示相应的变量
x：查看内存，通过相应的参数来执行内存的地址和要显示多少数据